スタートアップ、実証実験で水中火山をエネルギー源として活用
Startup taps underwater volcano as energy source in "proof point" test (arstechnica.com)
要約
シアトル拠点のスタートアップEndurance Energyが、水中火山付近で世界初となる海底地熱発電所の実証実験を行った。試作機は短時間ながら正味の電力を生成し、技術的な実現可能性を示したが、コスト効率と安定稼働が今後の課題となる。同社は将来的に、トンガのような太平洋島嶼国向けに商業展開を目指している。
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スタートアップ、実証実験で水中火山をエネルギー源として活用
Liquid hot stuff
海底地熱発電は太平洋岸諸国の石油輸入削減に貢献できるか？
海底地熱井を掘削するために使用されたサブシーランダードリルが、船「Ocean Guardian」の甲板に置かれている。Credit: Endurance Energy
活動中の水中火山から約1マイル（約1.6km）下の深海で、世界初の海底地熱発電所の実証が行われた。正味の電力を生成したのは10秒未満だったが、水中での新たな再生可能エネルギー源の利用可能性が技術的に示された。
9月に北太平洋のアキシャル海山で実施された3週間のテストでは、3トンの試作発電プラントが展開された。この取り組みを主導するシアトル拠点のスタートアップEndurance Energyは、高価な化石燃料の輸入に代わる選択肢を求める太平洋島嶼国やその他の顧客向けに、海底地熱発電の商業化を目指している。
Endurance Energyの創設者兼CEOであるAndrew Redd氏はEメールで、「深海は冷却用の無限の冷たい海水を提供し、その水圧がシステムと井戸を加圧するため、プラントをコンパクトにできる」と述べている。
しかし、海底での地熱利用は陸上でのプロジェクトとは異なる多くの課題に直面しており、設置・運用コストも高くなる可能性がある。そのため、Endurance Energyは一貫した水中での運用を実証し、このアプローチが費用対効果に優れていることを証明する必要がある。
スタンフォード大学のエネルギー科学・工学教授であるRoland Horne氏はEメールで、「技術的には実現可能だろうが、陸上で行うよりも間違いなく高価になるだろう」と述べている。
深海掘削
Endurance Energyの展開には、Stabbert Maritimeが運用する船「Ocean Guardian」からサブシーランダードリルを展開し、水深約5,000フィート（1,524メートル）の海底に2つの穴を掘削する必要があった。これは、米国で最も高いビルであるワン・ワールド・トレード・センターの高さの2.5倍を超える深さでのテストとなった。
掘削された両方の穴からは、約500°F（260°C）の熱水が噴出し始めた。Endurance Energyのチームは、2番目の穴をケーシング（坑壁保護）とセメンチング（セメント充填）し、バルブを設置して井戸を完成させた。
次に、同社は「Adélie」と名付けられた100キロワットの発電プラントを展開した。これは、流入する熱水を気化させてタービンを回転させ、発電機を駆動するように設計されている。カナダの遠隔操作潜水機ROPOSの協力を得て、発電プラントを新しく掘削された井戸に接続した。
Adélieは、米国国立科学財団が資金提供し、ワシントン大学が運用する、海底の科学センサーに電力と接続性を提供する559マイル（900キロメートル）の海底光ファイバーおよび電力ケーブル網であるRegional Cabled Arrayに接続された。これにより、Endurance Energyのシアトルのコマンドセンターとの接続も可能になった。
これでAdélie発電プラントのテストの準備が整った。しかし、すぐに大きな問題が発生した。海底に52フィート（16メートル）伸びた掘削井戸が、発電プラントを稼働させるのに十分な量の熱水を供給していなかった。
Redd氏は、「最初の井戸の目標は、海底で井戸を掘削、ケーシング、セメンチング、キャップできることを示すことだったため、小さく浅くした。これにより供給できる流体量が制限され、より深い井戸で状況が変わるはずだ」と説明した。
テスト井戸の幅はわずか2インチ（5センチメートル）だった。これは、通常20〜36インチ（51〜91センチメートル）のケーシングを持つ陸上の石油、ガス、地熱井と比較すると非常に小さい。
Endurance Energyは、将来的にさらに深い井戸を掘削してより多くの流体を利用することで、この問題を回避する計画だ。同社の現在のランダー掘削機は、約260フィート（80メートル）まで到達可能であり、これは最初のテスト井戸の5倍の深さとなる。
電力供給
それでもAdélie発電プラントを稼働させるため、チームは熱水が約538°F（281°C）で既に流出している近くの自然噴出口にプラントを再展開した。9月27日、彼らは試運転を行った。
約30秒間、発電プラントのタービンは約26,000 rpmに達し、発電機は60ワット時の電力を生成した。
発電プラントは、約8.7秒間、消費電力よりも多くの電力を生成し、正味でプラスとなった。中央値で約2キロワットの正味電力を生成し、ピーク時には16.5キロワットに達した。
Redd氏はArsに、「これが『証明点』だ。正味プラスが重要な閾値だ。プラントは、海底で自身を稼働させるために必要な電力よりも多くの電力を生成した。これはこれまで誰も成し遂げたことのないことだ」と語った。
［画像: Adélieと名付けられた100キロワットの発電プラントは、海底からの地熱エネルギーを利用するように設計されていた。］
Adélieと名付けられた100キロワットの発電プラントは、海底からの地熱エネルギーを利用するように設計されていた。Credit: Endurance Energy
Adélieと名付けられた100キロワットの発電プラントは、海底からの地熱エネルギーを利用するように設計されていた。Credit: Endurance Energy
しかし、その後、ソフトウェアの問題で電力供給が停止した。発電機が作動する前に、Adélieはまずバッテリーを使用してポンプ、スラスタ、制御装置を稼働させ、タービンを回転させて速度を上げる。Redd氏の説明によると、バッテリーモジュールが回転開始プロセス中に一時的な電流スパイクを記録した後、報告を停止した。
これにより、Adélieのソフトウェアは安全対策として自動的に発電プラントを停止させた。なぜなら、バッテリーモジュールの古い読み取り値に依存し続けたからだ。
チームが発電プラントを再起動している間に、冷媒ポンプに電力を供給する電源ケーブルも故障した。ケーブル被覆の不備により海水が浸入し、2つの電気導体がショートした。これにより試運転は終了したが、Endurance Energyはすでにこの経験を活かして、海底ケーブルの構築とテスト方法を改善する計画だ。
将来の展開
自然の熱水噴出孔の上に地熱プラントを設置したのは、純粋な研究とデモンストレーション目的の一回限りのテストだったとRedd氏は述べている。同社は将来の展開でも掘削井戸に頼る計画だ。
Endurance Energyは、海底や海洋生物への潜在的な環境影響を低減するための措置も講じていると説明した。チームはテストのために「最も影響の少ない」場所を選択し、水のサンプリングやチューブワーム、カタツムリ、カニ、バクテリアマットの海底アレイの記録を継続的に行った。また、独立した研究者によって運用されている科学センサーの結果と比較し、水、岩石、鉱物のサンプルを独立した研究所に分析のために送付した。
同社が計画している次の試運転は2026年冬から2027年にかけてで、ペンギンの名前にちなんで「Gentoo」と改名された、改良・アップグレードされたAdélieを使用し、より高い電力生成の維持を目指す。
同社はまた、2027年にトンガ王国との最初の商業展開のために、より大型の2メガワットの商業用発電機を開発している。南太平洋のポリネシアの島国であるトンガは、主に輸入ディーゼル燃料で電力網を稼働させており、米国とイスラエルがイランとの戦争を開始して以来、その価格は大幅に上昇している。
Redd氏は、「2MWの商業用発電機は、輸送コンテナほどの大きさになり、トンガ沖に最大6基のこれらの発電機を展開する予定だ。このプロジェクトの物理的なフットプリントは比較的小さくなるだろう」と述べている。
スタンフォード大学のHorne氏は、陸上では地熱プロジェクトはすでに費用対効果が高いが、「価格競争力ではぎりぎりのラインだ」と述べている。そのため、地熱発電をより高価にする要因があれば、「競争力のない側面に押しやるだろう」と警告した。
それでも、同社がトンガ王国との長期にわたる信頼性の高い運用を実証できれば、他の顧客もEndurance Energyのアプローチを検討する可能性がある。輸入化石燃料の急騰するコストは、多くの政府がより多くの再生可能エネルギーの代替案に投資するきっかけとなっている巨大な要因だ。
Redd氏は、「豊富な沖合地熱資源を持つ大きな市場には、米国の太平洋岸北西部とアラスカ、台湾、日本が含まれる。技術が成熟するにつれて、コストで競争し、ユーティリティや大規模なエネルギーユーザーに、天候に左右されない連続的な電力を供給できるようになると予想している。」と述べている。
[［画像: Jeremy Hsuの写真］]
Jeremy Hsuは、ディープテックとAIの幅広いトピックを探求する記者である。彼は以前、New Scientist、Scientific American、IEEE Spectrum、Wired、Undark Magazine、MIT Tech Reviewなどの多くの出版物で、ディープフェイク、データセンター、ドローン、バッテリー技術、ロボット工学、GPSジャミングなどのトピックについて執筆した。また、NYUでジャーナリズムの修士号、ペンシルベニア大学で歴史・科学社会学の学士号（英語副専攻）を取得している。